Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника измерительных устройств. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям для бакалавров
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Информационно-измерительная техника»
П.К. ЛАНГЕ
СХЕМОТЕХНИКА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Учебно-методическое пособие к практическим занятиям
для бакалавров
по направлению подготовки 12.03.01 "Приборостроение"
Самара
Самарский государственный технический университет
2017
1
Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ
УДК 621.315.592 (075.8)
ББК 31.232я73
Л.22
Ланге П.К.
Л 22 Схемотехника измерительных устройств: учеб.-метод. пособие к
практическим занятиям для бакалавров / П.К. Ланге. – Самара: Самар. гос. техн.
ун-т, 2017. – 103 с.: ил.
Описаны методические рекомендации к выполнению практических работ
по дисциплине "Схемотехника измерительных устройств". Приводятся примеры исследуемых схем, определен порядок проведения работ. Рекомендации
предназначены для бакалавров очной и заочной форм обучения по направлению 12.03.01 "Приборостроение" и могут быть использованы при изучении
дисциплины "Схемотехника измерительных устройств", а также других курсов,
связанных со схемотехникой.
УДК 621.315.592 (075.8)
ББК 31.232я73
Л.22
© П.К. Ланге, 2017
© Самарский государственный
технический университет, 2017
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Устройства на базе схемотехники проникают во все новые области
науки и техники. Они применяются в измерительной технике, системах
управления технологическими процессами и их регулирования. Одним
из основных разделов схемотехники является проектирование измерительных устройств на базе линейных усилительных микросхем, входящих в аналоговый интерфейс цифровых измерительных приборов, а
также различных преобразователей, предназначенных для обработки
аналоговых сигналов.
Несмотря на широкое использование в настоящее время цифровых
контроллеров для решения различных задач обработки измерительных
сигналов, в ряде практических случаев необходимо разрабатывать специальные измерительные схемы на базе современных аналоговых микросхем. При решении задач проектирования измерительных цепей и
устройств требуется определять их характеристики: погрешности, диапазоны преобразования, частотные диапазоны и т.д. Для этой цели
нужно использовать современные компьютерные средства, такие как
Multisim, Worckbench, Mathlab, Mathcad.
3
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время актуальной задачей является изучение схемотехники линейных усилительных микросхем и аналоговых преобразователей, особенностей их архитектуры, принципов работы, методов
проектирования на их основе измерительных устройств, а также выполнение расчета их основных параметров.
Для решения различных задач обработки измерительных сигналов
необходимо разрабатывать специализированные устройства на базе современных микросхем. При этом приходится решать задачи, связанные
с определением основных характеристик средств схемотехники, а также с разработкой микросхем согласования датчиков различных сигналов с общими входами и выходами измерительной системы. Такого рода задачи требуется решать при выполнении практических занятий по
дисциплине "Схемотехника измерительных устройств" по направлению
12.03.01 "Приборостроение".
4
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
5
1
R
R
= −
ИНВЕРТИРУЮЩИЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ НА ОУ.
ИНВЕРТИРУЮЩИЙ СУММАТОР. ИССЛЕДОВАНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИК ИНВЕРТИРУЮЩИХ СХЕМ
Собрать в редакторе Multisim инвертирующую схему усилителя.
Пример схемы приведен на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Схема инвертирующего усилителя в редакторе Multisim
Варианты параметров схемы приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
R1 8к 12к 20к 15к 60к 20к 22к
R5 3к 2к 15к 5к 10к 4к 4к
Параметры генератора сигналов установить в соответствии с рис.
1.2.
Коэффициент усиления определяется выражением
K
U
Рис. 1.2. Параметры генератора сигналов
5
Зарегистрировать осциллограммы сигналов в схеме. Пример ос-
циллограмм приведен на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Осциллограммы сигналов в схеме
Измерить коэффициент усиления схемы.
2. Инвертирующий сумматор сигналов. Собрать в редакторе Mul-
tisim схему сумматора (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Схема инвертирующего сумматора сигналов
6
Варианты параметров схемы приведены в табл. 1.2.
5 5
1 3
R R
R R
Таблица 1.2
R5 8к 12к 20к 15к 60к 20к 22к
R1 3к 2к 15к 5к 10к 4к 4к
= - означает напряжение
постоянного тока, формируется отдельным источ-
R3 3к 5к 6к 8к 1к 2к 4к
ником
U1 15В 5В 10В 20В 2В 3В 8В
U2 3В 5В = 8В = 10В =
Параметры генератора сигналов установить в соответствии
с рис. 1.5.
Выходное напряжение
схемы определяется выражением
U U U
= − +
ВЫХ
U1 ,U2 – напряжения генераторов XFG1, XFG2
соответственно.
1 2
Рис. 1.6. Параметры генератора сигналов
Пример осциллограмм в схеме приведен на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Осциллограммы в схеме сумматора
7
Измерить коэффициенты усиления по каждому каналу, устанав-
ливая поочередно U1 =0, U2 = 0.
Содержание отчета
1. Принципиальные схемы исследуемых цепей.
2. Теоретические выражения для определяемых параметров усили-
телей.
3. Параметры усилителей, определенные по экспериментально
снятым данным.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 2
НЕИНВЕРТИРУЮЩИЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ НА ОУ.
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
НЕИНВЕРТИРУЮЩИХ СХЕМ
Собрать в редакторе Multisim неинвертирующую схему усилителя.
Пример схемы [1] приведен на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема неинвертирующего усилителя
Варианты параметров схемы приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
R6 8к 12к 20к 15к 60к 20к 22к
R4 3к 2к 15к 5к 10к 4к 4к
Параметры генератора сигналов установить равными UВХ = 100 мВ,
1 кГц.
8
Пример осциллограмм в схеме приведен на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Осциллограммы сигналов в схеме усилителя
Измерить коэффициент усиления схемы.
Установить параметры генератора сигналов равными UВХ = 2 В,
1 кГц.
Пример осциллограмм в схеме приведен на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Осциллограммы сигналов в схеме усилителя
9
Измерить порог ограничения выходного сигнала.
U kU b
= +
4
6
R
1+ V1
Содержание отчета
1. Принципиальные схемы исследуемых цепей.
2. Теоретические выражения для определяемых параметров усили-
телей.
3. Параметры усилителей, определенные по экспериментально
снятым данным.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 3
ЛИНЕЙНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ОДНОПОЛЯРНЫМ
ПИТАНИЕМ. ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК
3.1. Схема усилителя 1 с однополярным питанием
Собрать в редакторе Multisim схему усилителя [2]. Пример схемы
приведен на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Инвертирующая схема усилителя с однополярным питанием
Функция усилителя определяется выражением
где
kR= −
Для UВХ = 1 В 1 кГц, V1 = 3,3 В осциллограммы сигналов в
схеме приведены на рис. 3.2.
ВЫХ ВХ
R R
b
=
,
4 2
R R +R
6 1 2
.
10
, (3.1)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]